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» 2022年01月21日 10時00分 公開

深刻な材料不足と高騰化、設計現場で何ができるか?MONOist 2022年展望(1/3 ページ)

2022年は引き続き、半導体不足とともに、樹脂不足が製造業に大きな影響を与える見通しです。材料や調達部品が手に入らず、代替品の利用を検討するなど各社対策を講じ始めていますが、設計現場として何かできることはないでしょうか? 「樹脂使用量の削減」「部品点数の削減」「代替品への対応」という3つの視点で、どのようなアプローチがとれるのか、その可能性について考えていきます。

[八木沢篤,MONOist]

半導体に加え、樹脂不足に直面する製造業

 深刻な半導体不足と同様に、モノづくりの現場に大きな影響を及ぼしているのが樹脂不足です。中でも、ナイロン(ポリアミド:PA)の供給不足は長期化しており、解消までもう少し時間がかかる見通しです。

画像はイメージです 画像はイメージです

 実際、中小製造業などでは、材料や調達部品が手に入らず、生産遅延の長期化など“モノを作りたくても作れない状況”が続いています。また、樹脂価格の高騰も悩みの種でしょう。皆さんの現場ではいかがでしょうか?

 なかなか先が見通せない中、代替品の調達など、各社対策に乗り出していることかと思いますが、特に、需要が拡大している領域においては、今後もしばらくは不足感や樹脂の取り合い、価格の高騰といった混乱が続くと考えられます。

 そこで本稿では、こうした樹脂不足に対して「設計現場で何ができるのか?」「製品開発にどのような変化が求められるのか?」に焦点を当て、2022年の新年展望として考えてみたいと思います。

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 なお、今話題の樹脂不足は特にPAがメインですが、ここではPAのみに限定せず、さまざまな樹脂材料を対象に、「樹脂使用量の削減」「部品点数の削減」「代替品への対応」という3つの視点で、どのようなアプローチがとれるのか、その可能性について考えていきます。かつては、ポリプロピレン(PP)でも原材料不足や製造設備故障による供給不足なども起きていますので、今回のPA不足が解消されたとしても、また他の樹脂材料が手に入らない状況が生まれる……といったことも十分にあり得る話です。

樹脂使用量の削減

 まず、対策として考えられるのは「樹脂使用量の削減」でしょう。具体的には、

  1. 代替材料の活用
  2. 再生材(リサイクル材)の活用
  3. 部品の体積削減

などのアプローチが挙げられます。

1.代替材料の活用

 「1.代替材料の活用」に関しては、全く別の材料に置き換えるという方向性と、樹脂の使用量が少ない材料に置き換えるという選択があるかと思います。

 前者については、例えばPA66樹脂の場合、原料であるヘキサメチレンジアミン(HMDA)やアジピン酸(C6)の供給不足に対して、材料・化学メーカー各社がこれら原料を用いない代替材料の提案を強化しています(関連記事:ナイロン不足は長期化の見通し、ヘキサメチレンジアミンを使う他の素材への影響も)。こうした動き自体は「ナイロン不足」が叫ばれ始めた2018年当時からありましたので、既に代替材料への置き換えもある一定数進んでいるのではないかと推察されます。

高濃度セルロースファイバー成形材料「kinari」 高濃度セルロースファイバー成形材料「kinari」[クリックで拡大] 出所:パナソニック

 後者は、例えば植物由来のバイオマス素材などを用いて、樹脂の使用量(配合率)を削減するという考え方です。間伐材などの木材から得られる繊維(パルプ)を微細化したセルロースファイバー(CeF:Cellulose Fiber)を、樹脂の補強用繊維として活用する動きも期待されています。実際、パナソニックではCeFを高濃度で樹脂(PP)に混ぜ込んだ成形材料を作り出す製法を確立し、過去には同社のスティック型掃除機に適用した実績もあります。また、現在同社はCeFのさらなる高濃度化を果たしており、将来的には、使用する樹脂を石油由来のものから植物由来のものへと置き換えることで、100%天然由来のCeF成形材料の実現を目指すとしています。

 いずれにせよ、“代替材料への置き換え”には、製品設計や金型の見直し、調整、再度の性能評価やテストなどが必要となりますので、短期的にできるものではありません。「収縮率が異なるためなかなか精度が出ない」「思うような性能(強度など)が得られない」といったケースも考えられますので、十分な検討が必要なアプローチだといえますが、中長期的に見れば有効な対策といえるのではないでしょうか。

2.再生材(リサイクル材)の活用

 続いては、「2.再生材(リサイクル材)の活用」です。廃棄されたプラスチック製品などを粉砕、溶融、固形化し、再度、原材料化(リペレット化)して利用するという考え方です。樹脂不足や樹脂の価格高騰に対する有効な手段の1つといえますが、再度“熱”を加えることで本来の物性が低下して品質に影響を及ぼす可能性もあります。そのため、材料の改質も重要なポイントとなります。

 一方、「循環型社会の実現」という観点から、メーカー自身が資源の回収、リサイクルまで取り組むケースも見られます。少し前になりますが、バンダイナムコグループのBANDAI SPIRITS、バンダイナムコアミューズメント、ロジパルエクスプレス、バンダイナムコホールディングスの4社による「ガンプラリサイクルプロジェクト」が話題になりました。代表的なプラモデル素材であるポリスチレン(PS)のランナーを、化学的処理などにより熱分解して原料のスチレンモノマーに戻し、新しい樹脂素材として再生して再度プラモデル製品に活用するという「ケミカルリサイクル」への取り組みです。

東京2020大会表彰台に用いられたパネル。全98台の表彰台を製作するために約20日間で7000枚を3Dプリンタで量産した 東京2020大会表彰台に用いられたパネル。全98台の表彰台を製作するために約20日間で7000枚を3Dプリンタで量産した[クリックで拡大]

 また、最近多く見られるのが“3Dプリンタの材料”としてのリサイクル材の活用です。その代表的な事例といえば、東京2020オリンピック・パラリンピック競技大会(東京2020大会)表彰台でしょう。市民参加型の「使い捨てプラスチックを再生利用した表彰台プロジェクト〜みんなの表彰台プロジェクト〜」(事業協力者:P&Gジャパン)によって全国から回収された洗剤容器などの使用済みプラスチックを、リサイクルプラスチック材料として再生し、3Dプリンタを用いて表彰台用のパネル7000枚を製造したというものです。「製品」の話題ではありませんが、3Dプリンタを用いて、7000枚のパネルを“短期間で大量生産”したという意味で、非常に興味深い取り組みだといえます。

 リサイクル材の活用においては、リペレット化に伴う物性の低下、品質への影響が課題になりそうです。リペレット時の材料の改質によって、十分な物性を確保できるのであれば問題ないのですが、それが難しいようであれば、強度を必要としない部品をリサイクル材に切り替え、その分の樹脂をメインの製品開発に回すといった“やりくり”が有効かもしれません。

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